許晶　蔡明　譚志宏

關(guān)鍵詞：DSP；測試裝置；驗證

中圖分類號： TP23 文獻標(biāo)識碼： A

文章編號：1009-3044（2023）08-0092-03

0 引言

JDSP320F2812是中國電科第五十八研究所推出的一款高性能32 位定點數(shù)字信號處理器[1]，主時鐘工作頻率150MHz，單周期指令執(zhí)行時間6.67ns。采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP[2]指令，可以快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。該處理器集成了256KB 的Flash 存儲器，8KB 的引導(dǎo)ROM，數(shù)字運算表以及2KB的OTP ROM，大大改善了應(yīng)用的靈活性。128位的密碼保護機制有效地保護了產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)。兩個事件管理器模塊為電機及功率變換控制提供了良好的控制功能。16通道高性能12位ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換單元[3]提供了兩個采樣保持電路，可以實現(xiàn)雙通道信號同步采樣。該電路集成了多種先進的外設(shè)，為電機及其他運動控制領(lǐng)域應(yīng)用的實現(xiàn)提供了良好的平臺。同時代碼和指令與F24x 系列數(shù)字信號處理器完全兼容，從而保證了項目或產(chǎn)品設(shè)計的可延續(xù)性。

隨著該元器件在裝備電子、工業(yè)控制領(lǐng)域等應(yīng)用的逐步推廣，為了驗證該器件的功能、性能，有必要對其進一步進行驗證。

1 驗證裝置

為了對JDSP320F2812元器件進行驗證，開發(fā)了一種驗證板卡。驗證裝置則是用于對驗證板卡進行測試，控制各功能板卡向驗證板卡發(fā)送測試命令和數(shù)據(jù)，并檢測驗證板卡是否正確響應(yīng)，并以此來判斷被測設(shè)備的相關(guān)功能是否正常。如圖1所示。

驗證裝置要求人機界面友好，操作簡單，顯示直觀，采用模塊化設(shè)計，功能獨立，運行穩(wěn)定。設(shè)備的輸入/輸出信號特性與驗證板卡的輸入/輸出信號特性一致。驗證裝置檢測設(shè)備應(yīng)具備手動測試模式和自動測試模式。設(shè)備研制過程所涉及的被測產(chǎn)品功能、性能方面的技術(shù)要求及技術(shù)指標(biāo)以被測產(chǎn)品承制單位現(xiàn)行有效的產(chǎn)品資料（如：產(chǎn)品規(guī)范，技術(shù)說明書、驗收測試程序等）為依據(jù)。

1.1 驗證裝置要求

驗證裝置檢測設(shè)備能夠提供驗證板卡所有所需激勵和負(fù)載信號，實現(xiàn)對驗證板卡各硬件資源的檢測和功能性能的驗證。驗證裝置具有良好的人機交互功能，支持專用上層軟件的開發(fā)。提供程控電源，可輸出多路直流電源為被測板卡供電，同時可根據(jù)被測板卡處理器芯片上電時序要求控制各個輸出之間開啟/關(guān)閉的時序，支持測試被測板卡工作期間的平均功耗。提供工控機、串口卡、離散量接口卡、測試線纜等基礎(chǔ)硬件，構(gòu)建JDSP320F2812驗證板的測試環(huán)境。測試設(shè)備軟件用于測試JDSP320F2812 驗證板卡的CAN接口、串行接口等資源。

在對DSP驗證板卡進行任何測試、拆卸操作時，場所應(yīng)有防靜電設(shè)施，操作者應(yīng)戴上防靜電腕帶。驗證板卡關(guān)機到下一次開機應(yīng)至少間隔10s，以避免沖擊電流對驗證板卡造成損害。

設(shè)備采用統(tǒng)一的測試系統(tǒng)軟件配套測試程序的方式實現(xiàn)，測試軟件需提供源代碼，系統(tǒng)軟件分為開發(fā)軟件與執(zhí)行軟件，開發(fā)軟件用于DSP測試項目的開發(fā)，測試過程中可以根據(jù)測試項目配套選擇測試程序。測試程序執(zhí)行過程中，測試過程面板會實時更新顯示測試信息，包括測試項目、測試結(jié)果、測試結(jié)論；測試之前可配置測試項，且可進行測試次數(shù)選擇，測試程序應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)通信功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。驗證裝置檢測設(shè)備應(yīng)具備良好的軟件操作界面，能夠運行測試項目自動化完成測試以及生成測試報告，盡可能減少人員操作過程，并保存相關(guān)過程參數(shù)及圖片。

1.2 驗證裝置系統(tǒng)設(shè)計

通過對驗證裝置檢測設(shè)備需求文件的整理分析，設(shè)計驗證裝置架構(gòu)如圖2所示。JDSP320F2812驗證裝置由程控電源、串口卡、CAN總線卡、離散量接口卡、工控機以及測試線纜等組成，串口卡和CAN總線卡在工控機內(nèi)部安裝，JDSP320F2812驗證板卡通過連接器引出后連接到驗證裝置。試驗工裝包括過渡板和工裝，工裝提供連接插座，支持驗證板卡的插入，工裝固定在過渡板上供驗證試驗，可以支持驗證板卡的調(diào)試、驗證以及環(huán)境試驗。

驗證裝置硬件由CPCI工控機、串口模塊、離散量輸入輸出模塊、DA輸出模塊、CAN接口模塊、多路溫度測試儀器、程控電源、顯示器、測試電纜組成。

CPCI工控機采用鋁合金設(shè)計，適用于在各種惡劣的環(huán)境下工作，人性化的工業(yè)設(shè)計確保產(chǎn)品具有高集成、便攜、強固等特點，多達8個的標(biāo)準(zhǔn)CPCI插槽，該產(chǎn)品集成了豐富的I/O擴展接口，具備寬泛的電源輸入，選配可充電電池及高效的電源管理軟件。

串口模塊是以FPGA為核心的PCI接口RS-232/422/485總線通訊、總線測試及總線仿真模塊。該模塊提供4個通道RS-232/422/485總線接口，程控通訊模式，支持標(biāo)準(zhǔn)通訊速率為75～921600bps，選配非標(biāo)波特率高達8Mbps，每個通道的發(fā)送/接收速率均可單獨設(shè)置。

選用8通道CPCI總線光隔離離散量輸入輸出模塊，支持地/開、28V/開的輸出。每通道均帶光電隔離，有效地防止了可能存在的瞬態(tài)電壓對模塊造成損害。選用16位DAC 16通道CPCI總線電壓模擬輸出模塊，每個通道的輸出電壓可程控。選用8通道的溫度測試儀，界面美觀，可同時對多路溫度數(shù)據(jù)進行采集，上超下超報警和通訊傳輸，兼容多種溫度傳感器，響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，同時具備斷偶檢測功能。

選用CPCI總線接口高速CAN通訊模塊，通道數(shù)最多同時具有8個通道，每通道獨立隔離。每個通道的發(fā)送/接收速率均可單獨設(shè)置。模塊具有靈活的數(shù)據(jù)發(fā)送/接收方式，用戶可以根據(jù)具體需要進行設(shè)置。符合CAN2.0A/B規(guī)范，支持1Kbps～1Mbps之間的任意波特率。

供電電源DH1790系列程控電源。DH1790系列是一款寬量程可編程直流電源，體積小、重量輕，電壓電流覆蓋范圍寬，該系列提供12款型號，功率覆蓋180W、360W、720W、1080W；具有高分辨率、高精度、低紋波、低噪聲、可編程、穩(wěn)定性高等特點。具有恒壓恒流兩種模式輸出，同時具備過壓、過溫、過功率等保護功能。

測試電纜主要用于驗證裝置檢測設(shè)備工控機、試驗工裝及信號接口箱之間連接，測試電纜的尾部附近均設(shè)置固定卡箍，以減小應(yīng)力，保護電纜，提高可靠性。測試線纜長度為三米，數(shù)量為3根，其中一根為供電線纜，另外兩根為信號輸入輸出接口。

1.3 驗證裝置軟件設(shè)計

設(shè)備采用統(tǒng)一的測試系統(tǒng)軟件配套測試程序的方式實現(xiàn)，開發(fā)軟件用于CPU測試項目的開發(fā)，測試過程中可以根據(jù)測試項目配套選擇測試程序。測試程序執(zhí)行過程中，測試過程面板會實時更新顯示測試信息，包括測試項目、測試結(jié)果、測試結(jié)論；測試之前可配置測試項，且可進行測試次數(shù)選擇，測試程序應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)通信功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。

JDSP320F2812驗證裝置測試軟件部署在驗證裝置工控機上，是運行在Windows系統(tǒng)平臺上到用戶端軟件，支持對JDSP320F2812驗證板卡接口、功能、性能及健康狀態(tài)的集成測試，主要檢測RS232串口通信和CAN總線[4]通信接口，同時顯示并記錄JDSP320F2812驗證板卡內(nèi)部軟件測試結(jié)果。

QT[5]是由Qt Company 開發(fā)的跨平臺C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架，是開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)的最佳平臺之一，它將功能強大、使用靈活的C語言平臺與用于數(shù)據(jù)采集、分析和顯示的測控專業(yè)工具庫有機地結(jié)合起來，它的集成開發(fā)平臺、交互式編程方法、功能面板和庫函數(shù)大大增強，為科技人員建立檢測系統(tǒng)、自動測量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了極大的便利。界面如圖3所示。

系統(tǒng)軟件開發(fā)采用分層體系架構(gòu)，從上至下依次是應(yīng)用層服務(wù)層、支持層和物理層。其中應(yīng)用層、業(yè)務(wù)層和服務(wù)層組成需要開發(fā)的軟件主體，支持層和自動驗證裝置由外部提供，開發(fā)時不需做任何工作。

每個層次組成成分不同，實現(xiàn)不同級別的功能目標(biāo)。下層功能提供操作接口，上層功能利用這些接口實現(xiàn)自身功能。根據(jù)需要，上層組件也可以越過其直接下層組件而調(diào)用更下層的組件。

應(yīng)用層調(diào)度業(yè)務(wù)層完成配置管理和測試操作；業(yè)務(wù)層具體實現(xiàn)各種軟件功能，向應(yīng)用層返回結(jié)果；服務(wù)層為業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層提供各種細(xì)粒度的服務(wù)組件；支持層提供包括驅(qū)動程序、功能組件等；操作系統(tǒng)提供軟件開發(fā)和運行環(huán)境；自動驗證裝置包含各種硬件設(shè)備。

2 DSP驗證

JDSP320F2812驗證包括通訊握手測試、模擬量采集測試、離散量輸入測試、離散量輸出測試、CAN總線測試、RS232 總線測試以及BIT 功能測試，如圖4所示。

2.1 通訊握手測試

通訊握手測試項目進行通訊端口的測試，測試步驟如下：

1） 測試設(shè)備向驗證板卡下達CPU握手測試命令；

2） 延遲1s，控制器回復(fù)握手測試命令；

3） 測試設(shè)備判斷測試結(jié)果并給出結(jié)論。

2.2 模擬量與離散量驗證

本項驗證針對DSP的模擬量與離散量處理功能。測試步驟如下：

1） 模擬量采集測試：

①驗證板卡采集測試設(shè)備輸出電壓值；

②驗證板卡將采集到的電壓值通過總線回傳至測試設(shè)備；

③測試設(shè)備比較采集值與預(yù)期值差異給出測試結(jié)論。

2） 離散量輸入測試：

①測試設(shè)備輸出離散量激勵值，并下達離散量采集命令；

②延遲2s，控制器回復(fù)采集數(shù)據(jù)；

③測試設(shè)備比較激勵值與采集值的差異給出測試結(jié)論。

3） 離散量輸出測試：

①測試設(shè)備通過RS232總線輸出命令計算機進入離散量輸出工作模式；

②測試設(shè)備將數(shù)值通過RS232控制驗證板卡完成離散量輸出；

③測試設(shè)備采集離散量值；

④測試設(shè)備比較激勵值與采集值的差異給出測試結(jié)論。

2.3 總線通信測試

CAN總線測試包括2路CAN總線接口傳輸，串行通訊功能測試包括2路RS232串行接口傳輸。測試期間使用示波器監(jiān)控CAN總線和RS232總線輸出電平，其電氣特性應(yīng)滿足CAN總線和RS232總線要求。測試步驟如下：

1） 測試設(shè)備向計算機發(fā)出CAN總線測試命令；

2） 測試設(shè)備CAN總線模塊向CAN總線發(fā)送測試數(shù)據(jù)A；

3） 驗證板卡正確接收數(shù)據(jù)A后，通過CAN總線將數(shù)據(jù)B返回給測試設(shè)備；4） 測試設(shè)備比較接收數(shù)據(jù)是否為數(shù)據(jù)B；

5） 測試設(shè)備向計算機發(fā)出串行通信測試命令；6） 測試設(shè)備串行通訊模塊向串行通信數(shù)據(jù)接口發(fā)送測試數(shù)據(jù)A；

7） 驗證板卡正確接收數(shù)據(jù)A后，通過串口將數(shù)據(jù)B返回給測試設(shè)備；

8） 測試設(shè)備比較接收數(shù)據(jù)是否為數(shù)據(jù)B；

9） 當(dāng)測試設(shè)備完成通信測試時發(fā)送退出通信測試命令。

3 結(jié)論

針對元器件JDSP320F2812的驗證需求，本文設(shè)計了一種用于對驗證板卡進行驗證的驗證裝置，構(gòu)建了驗證平臺，開發(fā)了驗證軟件。經(jīng)過驗證和試驗，表明所驗證的DSP元器件符合預(yù)期功能。